Нелинейное корректирующее устройство

 

Изобретение относится к области средств коррекции .систем управления, может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования станков с программным управлением , работах-манипуляторах и высокоточных мерящих установках. В устройстве решается задача уменьшения его энергоемкости. В этом устройстве входной сигнал поступает на первый информационньм вход первого переключателя , а через последовательно соединённые пиковый детектор, первый масштабирующий блок, первьй сумматор , сигнум-реле и ключ - на второй информационный вход первого переключателя . Кроме того, входной сигнал поступает на второй вход первого сумматора, на вход нуль-органа и первьй информационный вход второго переключателя, на второй вход которого поступает выходной сигнал источника постоянного сигнала. Выходной сигнал .пикового детектора через второй масштабирующий блок поступает на вход второго сумматора, где суммируется с входным сигналом, а результат суммирования является управляющим сигналом для первого и второго переключателей.- Выходной сигнал пикового детектора поступает на вход третьего сумматора, где суммируется с входным сигналом, а результат сум шрования поступает на информационный вход блока памяти. Выходной сигнал нуль-органа является управляющим сигналом для пикового детектора и первым управляю у1м входом для блока записи. Выходной сигнал релейного блока является вторым управляю-, щим сигналом ,чля блока памяти и первым управляющим сигналом для ключа, Выходной сигнал блока памяти сравнивается с входным сигналом в компараторе , выходной сигнал которого является вторым управляющим сигналом второго ключа. Выходной сигнал первого переключателя является первым выходным сигналом устройства. Выходной сигнал второго устройства че рез усилитель поступает на второй выход устройства. Входным сигналом устройства является сигнал рассогласования системы. Кроме того, вход релейного блока подключен к выходу датчика скорости системы, В устройстве на основании информации и сигналах рассогласования и скоростной обратной связи осуществляется переключение скоростной обратной связи . 5 ил. Дополнительное к авт. св.№1126925, i (Л С Is3 1чЭ О 00

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

511 4 С 05 В 5/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ //г

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- .: с. . (61) 1126925 (21) 3794808/24-24 (22) 13.08.84 (46) 23.04.86. Бюл. Р 15 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.A.Барабаш, А.Д.Горбачев, А.Я,Родин, О.А.Сосновский и В.Н,Филиппович (53) 62-50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1126925, кл. С 05 В 5/01, 1983. (54) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области средств коррекции систем управления, может быть использовано в быстро— действующих системах позиционирования станков с программным управлением, работах †манипулятор и высокоточных мерящих установках. В устройстве решается задача уменьшения его энергоемкости, В этом устройстве входной сигнал поступает на первый информационный вход первото переключателя, а через последовательно соединенные пиковый детектор, первый масштабирующий блок, первый сумматор, сигнум-реле и ключ — на второй информационный вход первого переключателя. Кроме того, входной сигнал поступает на второй вход первого сумматора, на вход нуль-органа и первый информационный вход второго переключателя, на второй вход которого поступает выходной сигнал источника постоянного сигнала. Выход,. ЯУ„„12264ОЗ А ной сигнал пикового детектора через второй масштабирующий блок поступает на вход второго сумматора, где суммируется с входным сигналом, а результат суммирования является управляющим сигналом для первого и второго переключателей. Выходной сигнал пикового детектора поступает на вход третьего сумматора, где суммируется с входным сигналом, а результат суммирования поступает на информационный вход блока IIBMHTH. Выходной сигнал нуль-органа является управляющим сигналом для пикового детектора и первым управляющим входом для блока записи. Выходной сигнал релей- 6 ного блока является вторым управляю-, уу щим сигналом для блока памяти и пер- %Ф Ф вым управляющим сигналом для ключа. (Выходной сигнал блока памяти сравнивается с входным сигналом в компараторе, выходной сигнал которого ! является вторым управляющим сигналом второго ключа. Выходной сигнал первого переключателя является первым выходным сигналом устройства. Вы- Ж ходной сигнал второго устройства че- 4 рез усилитель поступает на второй С выход устройства. Входным сигналом (Ф устройства является сигнал рассогласования системы. Кроме того, вход релейного блока подключен к выходу датчика скорости системы. В устройстве на основании информации Ь сиг-,фЬ налах рассогласования и скоростной обратной связи осуществляется переключение скоростной обратной связи. 5 ил.

Дополнительное к авт. св.R 1126925, 1226403

4Î

Ю

Изобретение относится к средствам коррекции систем управления, может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования станков с программным управлением, .роботов-манипуляторов, высокоточньгх следящих установок и т.д, и является . усовершенствованием устройства по основному авт. св. ¹ 1126925.

Цель изобретения — повьппение надежности и уменьшение энергоемкости устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — эпюра напряжения, характеризующая работу устройства, на фиг. 3 — временные характеристики сигналов устройства, на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема пикового детектора на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема блока памяти.

Устройство содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 умножения, суммирующее устройство 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости, нелинейное корректирующее устройство 6, пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, первый сумматор 9, сигнумреле 10, первый переключатель ii второй масштабирующий блок 1?, второй сумматор 13, второй переключа.— тель 14, источник 15 постоянного напряжения, нуль-орган 16, усилитель

17, третий сумматор 18, блок 19 памяти, компаратор 20, ключ 21, релейный блок 22, первый и второй входы

23 и 24 и первый и второй выходы 25 и 26 нелинейного корректируюшего устройства 6, резисторы 27-30, операционный усилитель 31, конденсаторы 32 и 33, диод 34, транзистор 35, оптрон 36, общую шину 37, оптроны

38 и 40 и 41, резисторы 42 и 43, диоды 44 и 45, конденсатор 46, U: обозначает сигнал на выходе i-го блока.

В состав нелинейного корректирующего блока 6 входят пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок

8, первый сумматор 9, сигнум-реле 10. первый переключатель 11, второй масштабирующий блок 12, второй сумматор 13, второй переключатель 14, Источник 15 постоянного напряжения, нуль-орган 16, усилитель 17, третий сумматор 18, блок 19 памяти, компаратор 20, ключ 21, релейный блок 22. lQ

Б состав пикового детектора 7 входят резисторы 27-30,операционный. усилитель 31, конденсаторы 32 и 33, диод 34, транзистор 35, оптрон 36, общая шина 37.

В состав блока 19 памяти входят оптроны 38 и 39, операционные усилители 40 и 41, резисторы 42 и 43, диоды 44 и 45, конденсатор 46 и общая шина 37.

Пиковый детектор 7 (фиг. 4) позволяет выделить максимальное значение сигнала рассогласования, При уменьшении сигнала рассогласования диод 34 закрывается и конденсатор 33 хранит максимальное значение напряжения до появления сигнала "Сброс" от нуль-органа 16, который, воздействуя на аптрон 36, уменьшает сопротивление его фоторезистора и тем самым создает цепь разряда емкости конденсатора 33. 1(аскад на транзисторе 35 уменьшает влияние последующих каскадов на работу пикового детектора 7.

Г>лок 19 памяти (фиг. 5) представляет собой разновидность пикового детектора с дополнительными переклю-гающими элементами на оптронах 38 и 39. Согласно приведенному ниже описанию алгоритма работы всего устройства сигнал от третьего сумматора 18 r:oäàåòñÿ в блок 19 памяти через фоторезистор оптрона 38, который управляется выходным сигналом релейнсго блока 22. Оптрон 39 служит для создания цепи разряда "запоминающего" конденсатора 46 во время появления сигнала с нуль-органа 16.

В качестве компаратора 20 можно применить устройство сравнения на операционном усилителе, в качестве ключа 21 — транзисторньп управляемый ключ, в качестве релейного блока 22 с. зоной нечувствительности — транзисторное реле. Выбор коэффициента передачи К первого масштабирующего

8 блока 8 равным 0,5 обеспечивает необходимое положение линии переключения с режима разгона на режим торможения в случае треугольного профиля скорости, а выбор величины коэффициента передачи K = 1/К (где и

К 20) второго масштабирующего блока 12 обуславливает переход в линейный установившийся режим после окончания переходного процесса при подходе к точке позиционирования,. Величина зоны нечувствительности релей1226403

55 ного блока 22 выбирается в соответствии с величиной насыщения скорости двигателя 4, т.е. при скоростях, меньших максимально возможной скорости (скорости насыщения)), сигнал

U на выходе релейного блока 22 отсутствует (Б = О).

Работу нелинейного корректирующего устройства 6 в состав системы автоматического регулирования рассмотрим для двух случаев: при треугольном и трапецеидальном профилях диаграммы скорости исполнительного двигателя 4.

В первом случае насыщения скорости вращения двигателя 4 не происходит и ключ 21 остается все время в замкнутом состоянии, так как на

его первый управляющий вход не подается размыкающий сигнал U с выхода релейного блока 22. Поэтому в этом случае система работает как известное устройство и характеризуется тремя режимами: режимом разгона при У, ) ) U,f)<0,5Ug,режимом торможения при U /К + (V,((0,5U, и режимом апериодического. движения к точке позиционирования при 06Щ1 Б,/К, где V, — сигнал рассогласования на выходе измерителя. рассогласования.

1, U — экстремальное значение сигнала рассогласования, зафиксированное пиковым детектором 7; К « 20.

Корректирующее устройство 6 обеспечивает разгон и торможение двигателя в первых двух режимах с максимально возможным ускорением а

Во втором случае, начиная с некоторого момента времени t, (фиг.3), двигатель 4 достигает максимально возможной скорости 3 и продолжает работать в режиме насыщения. До момента ti =.)м/ам устройство 6. рабо-тает так же, как и в режиме разгона для первого случая, .а в момент напряжение U, с датчика скорости 5 превьппает зону нечувствительности релейного блока 22 и на его выходе появляется сигнал U, который поступает на первый управляющий вход и вызывает его размыкание. При этом сигнал U на выходе первого пере11 ключателя становится равным нулю, а сигнал U, ñ выхода источника 15 постоянного напряжения, пройдя через второй переключатель 14 и усилитель 17, перемножается в блоке 2 умножения на сигнал U, имеющий вид

45 постоянного по величине напряжения.

Сигнал U на выходе суммирующего устройства 3 постоянен по величине и является таким, что обеспечивает движение двигателя 4 в режиме насыщения (фиг, 2 и 3).

В момент t сигнал U подается

1 не только на размыкающий вход ключа

21, но и на второй управляющий вход блока 19 памяти. В результате последний фиксирует текущую величину подаваемого на него напряжения U с выхода третьего сумматора 18, формирует на, своем выходе сигнал U„ и хранит его до прихода сигнала У„: на второй управляющий вход с выхода нуль-органа 16. В компараторе 20 сигнал U сравнивается с сигналом рассогласования U и в момент времени t,, когда выполняется условие

IV,! = U„1 на выходе компаратора 20 появляется сигнал U, который подается на второй управляющий вход ключа 21 и вызывает его замыкание. При этом отрицательный ступенчатый сигнал U, с выхода сигнум-реле 10, проходя через ключ 2 1 и первый переключатель 11, подается на вход суммирующего устройства 3. В результате этого управляющее воздействие U на выходе суммирующего устройства 3 имеет вид, обеспечивающий оптимальное торможение исполнительного двигателя 4 (фиг. 2 и 3). Далее система работает как известная и при подходе к точке позиционирования ()V„l U,/К) переключатели 11 и 14 пропускают на свои выходы сигнал U

1 Ю создавая апериодическое движение в установившемся режиме.

Рассмотрим поведение системы регулирования в случае отработки трапецеидального профиля скорости исполнительным двигателем 4, имеющим передаточную функцию следующего вида:

U (P)

UUUP7 Р(т„Р + 1)

Р (0,05P + 1) где Н„, (P), К„, T„соответственно, передаточная функция, коэффи- циент усиления и постоянная времени исполнительного двигателя 4 с нагрузкой на валу.

1226403 ."де П„ь величина сигнала на выходе источника 15 постоянного

?0 напряжения,. произведение коэффициента передачи усилителя 17 и датчика 5 скорости, величина ступенчатого сигнала на выходе сигнум-реле 10, К 20.

К,!

Если выполнить условие L„K, 1/К„и подставить уравнение (3) (6) в выражение (2), получают

11

T„U„= К„П«при 0 (t ь ti, (7) — const npu t <. t <

Т,,О„- -K, U«npz

Т„,U, + (1 — К.К„П, ) U„

= К U„: при )U, I <ï,/K

Уравнения (7) и (9) описывают, соответственно, разгон и торможение с максимальным ускорением IU„l

= KAU„ /Т„.

Уравнению (8) соответствует режим движения с постоянной максимальной скоростью с!, (режим насыщЕння),, (8) (9) (10) 40

Уравнение (10) описывает режим вблизи точки позиционирования, когда кинетическая энергия уже погашена предыдущим режимом тормоя:ения и система переходит в апериодический установившийся режим работы, обеспечивающий требуемую точность позиционирования, На фиг. 2 и 3 для передаточной

Эунит ии (1) построены характеристикй лри следующих численных значениях (ифференциальное уравнение, описывающее поведение системы с учетом выражения (1), принимает вид

Т1 ч + Ч; К 0з (2)

Значение сигнала Ь, определяется

Ре!!!Имом работы

0 =U KÄ-U, +Б„. при разгоне

0 t (3)

Uó.==U, K,ff„=const при насыщении t,.< t c (4)

Кп Ц4 0„ при торможе нуи (5)

U =U K U + U при позиционировании I U, с U,/К, (6) параметров: максимальное ускорение а = 4000 рад/с, максимальная скорость и)„ = 10 рад/с, величина сту- пенчатого задающего воздействия ga

= 0 = 1 рад, коэффициент передачи второго масштабирующего блока К !

50, Для этих исходных дан ных п олучают 0„, =,0,4 В; U = О, 23 — сопз! „ t„= ),„/а,„= 0,025c", = д„/,!м= 0,1 с.

Таким образом, использование новых элементов — третьего сумматора, блока памяти, компаратора, релейного блока с зоной нечувствительности и ключа„ выгодно отличает предлагаемое техническое решение от известного, так как позволяет обеспечить оптимальное быстродействие как при треугольном., так и при трапецеидальном профиле диаграммы скоростей. Б результате этого повышается надежность устройства и происходит экономия энергии тем большая, чем длиннее участок движения со скоростью насьш!ения. При этом потребление энергии может уменьшиться на 40-50%, а надежность может повыситься на

100% .

Формула изобретения

Нелинейное корректирующее устройство по авт. св. Б - 1126925, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения энергоемкости устройства, в нем дополнительно установлены третий сумMQT op блок памяти, компаратор, релейный блок и ключ, причем выход сигнум-реле соединен с вторым информационным входом первого переключателя через ключ, соединенный первым управляющим входом с выходом релейного блока и первым управляющим входом блока памяти, вторым управляющим входом — с выходом компаратора, подключенного первым входом к входу нуль-органа и к первому входу третьего сумматора, вторым входом — к Bb! ходу блока памяти, соединенного вторым управляющим входом с выходом нуль-органа, а информационным входом — с выходом третьего сумматора, подклк!чеыного вторым входом к выходу пикового детектора.

1226403

og ог

-аг

-0,9

12264О3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Е.Папп

Заказ 2131/46

Составитель Ю.Гладков

Техред И.Попович Корректор M.Ïoæî

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5